EP0615802A2 - Walzbarren-Stranggussanlage - Google Patents

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EP0615802A2
EP0615802A2 EP94101178A EP94101178A EP0615802A2 EP 0615802 A2 EP0615802 A2 EP 0615802A2 EP 94101178 A EP94101178 A EP 94101178A EP 94101178 A EP94101178 A EP 94101178A EP 0615802 A2 EP0615802 A2 EP 0615802A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
continuous casting
elevation
installation according
casting installation
sprue
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP94101178A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0615802A3 (de
EP0615802B1 (de
Inventor
Wolfgang Dr.-Ing. Schneider
Werner Dr.-Ing. Droste
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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Publication date
Application filed by Vereinigte Aluminium Werke AG, Vaw Aluminium AG filed Critical Vereinigte Aluminium Werke AG
Publication of EP0615802A2 publication Critical patent/EP0615802A2/de
Publication of EP0615802A3 publication Critical patent/EP0615802A3/de
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Publication of EP0615802B1 publication Critical patent/EP0615802B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/08—Accessories for starting the casting procedure
    • B22D11/081—Starter bars
    • B22D11/083—Starter bar head; Means for connecting or detaching starter bars and ingots

Definitions

  • the invention relates to a continuous ingot rolling mill comprising a mold with a shaping attachment 1 and a sprue 3 which closes the mold 2 in the start-up state and which absorbs the molten metal emerging from the shaping attachment 1 in the vertical direction.
  • the mold consists of a low, water-cooled ring, which is closed before the start of the pouring process by means of a base piece attached to the lowerable casting table or a sprue. With the onset of solidification of the metal flowing in from the casting furnace at a low temperature via a channel, the table is lowered and the emerging block is directly cooled by targeted water spraying.
  • the ingot base arches with its corners upwards away from the sprue.
  • the extent of this warping increases with the aspect ratio and with the bar format. Due to the warping, the ingot loses stability on the sprue. Water runs into the gap between the sprue and the ingot, evaporates and leads to "bumping". In connection with the lower stability, the bar can wobble and become crooked. Furthermore, the thermal contact between the sprue and the bottom of the bar is lost through the gap.
  • the ingot In unfavorable conditions, the ingot can melt or break open on the underside and metal can flow out, which leads to a casting situation that is critical from a safety point of view. Furthermore, due to the warping process on the narrow side of the ingot in the mold, the edge shell formed there is lifted off the cooling mold surface, the growth of the edge shell is disrupted, in unfavorable conditions the edge shell can break open and melt and melt can escape downwards. On the one hand, this leads to a critical casting situation, on the other hand, so-called beards (eng. Icicles) form on the narrow sides, which interfere with the further processing of the ingot.
  • the so-called bar arch also determines the foot scrap, the part that has to be sawed off from the underside before the bar is further processed.
  • the warping process is often asymmetrical, which increases the foot scrap and increases the tendency to the above-mentioned errors.
  • NBBryson (Canadian Metallurgical Quarterly, 7 (1968, p.55 / 59) proposes a so-called impulse water cooling, in which the cooling water flow is interrupted periodically in the pouring phase.
  • the bar surface can heat up temporarily and cooling voltages are not so great
  • complex, fast-switching valves are required in order to be able to switch the cooling water quantities on and off quickly, and large pressure surges can also be induced in the pipeline network.
  • H.Yu Light Metals, AIME Proceedings, 1980, p.613 / 6278 tries to influence the actual cooling process by dissolving gases, preferably C0 2 , in the water.
  • gases preferably C0 2
  • the gas When it hits the hot ingot, the gas is supposed to form a thin, insulating vapor layer that reduces cooling, thus reducing the build-up of tension and reducing the curvature of the ingot foot.
  • the solubility of C0 2 in water depends heavily on the initial temperature and the composition of the water.
  • a targeted adjustment of the cooling effect, ie a dosage of the C0 2 addition adjusted to the water quality, is only possible with complex measuring methods.
  • FE Wagstaff similarly suggests mixing the cooling water with air in the mold shortly before it hits the ingot.
  • the air bubbles in the water should act in the same way as the dissolved C0 2 .
  • This process is known under the name TurboCRT (Curl Reduction Technology). It is subject to similar restrictions as the C0 2 process with regard to the specifically set cooling depending on the water quality. In addition, the even distribution of air in the water is problematic.
  • the object of the present invention is to improve a continuous billet casting system of the type mentioned at the outset in such a way that the cast-on security and the bar stability are increased and the formation of a warp as well as the occurrence of foot scrap is significantly reduced.
  • the ingot on the one hand succeeds in giving a firm hold so that it cannot wobble.
  • the force required at the casting end to lift the ingot off the sprue is significantly reduced by the conical design of the elevation in comparison to the force to be applied in the case of the rectangular cross section of the elevation.
  • the heat flow from the melt into the sprue stone can be influenced favorably, so that a good cooling of the solidifying ingot with high heat dissipation is made possible, the elevation is cooled from the inside or consists of an insert that is positively inserted into the bottom of the sprue.
  • the insert is made of a copper alloy, which has particularly favorable heat transfer properties.
  • the elevation is expedient for the elevation to be completely or partially arbitrated. It is also possible to reduce the size of the top of the elevation, which is directed towards the melt inlet, and to transfer it into the side walls for recessing with a roof-like attachment.
  • the cooling water flowing out of the mold can also be collected at the base of the sprue via baffles and fed into the cooling holes.
  • This embodiment represents a particularly simple and safe device for cooling the sprue.
  • the sprue according to the invention is shown in plan view according to view A and in two sections B, C.
  • the sprue stone (3) has a peripheral edge (4) which is beveled towards the depression (5).
  • the depression according to the invention is 80 mm, while in the case of a bar format of 2200 x 600 mm or 1050 x 600 mm, the depression can be 140 mm +/- 40 mm.
  • the width S of the peripheral edge is preferably 5-40 mm.
  • Symmetrical to the central axes (7), (8) of the sprue block according to the invention is an elevation (6) in the interior of the recess (5). It consists of a trapezoidal conical part, seen in cross section, that has bevelled side surfaces (11), (12) and (13).
  • the inclination of the side wall (11) and (12) is between 30 - 60 ° (angle d) while the inclination of the side surface (13) is between 30 - 36 ((angle e) measured to the vertical.
  • the distances between the edge (4) and the elevation (6) at the bottom of the depression (5) are between 0-200 mm, the distance to the narrow side measured as a preferably being 100-150 mm and to the broad side of the sprue stone as b is preferably 30-100 mm.
  • a drain channel (32) for the cooling water that accumulates in the depression is also a drain channel (32) for the cooling water that accumulates in the depression.
  • the height H of the elevation (6) is preferably about half to two thirds of the height h of the depression (5). It is advantageous if the edges of the side walls (11), (12) and (13) of the elevation (6) are rounded. In sections B and C, the rounding radii are indicated by R.
  • Fig. 1 shows the simplest possible embodiment of the invention.
  • the sprue stone is made of solid material. As a basic form, it has a trough-shaped inner contour, the trough depth h being dependent on the bar width. Such a trough usually has a peripheral edge with the width s, this width not having to be constant on the circumference of the bars.
  • the tub is not completely worked out of the solid material, the cone according to the invention remains in the tub. In the simplest case, the shape of the cone is rectangular. The distance a is chosen so that additional drainage holes can be drilled to the side or down to prevent bumping. These holes are closed in a known manner at the start of casting.
  • the size of the cone and the tub can be coordinated so that the filling volume of the stone corresponds to that of a conventional sprue stone. Then it is also possible to combine the process of casting with a sprue with a cone with already known measures for reducing stress in the casting phase, such as the C0 2 technology, the pulsed water technology or the turbo technology.
  • the roof plane (25) of the elevation is flattened in the longitudinal direction of the sprue towards the narrow sides.
  • the lowering of the roof planes (23), (24) to the narrow sides of the rectangular sprue is selected so that the edge shell formed on the roof is not directly flown with during and after the bar foot warps during the pouring phase.
  • the first example is a bar measuring 600 x 200 mm, so that the outer dimension of the sprue is also 600 x 200 mm.
  • the roof area (23) of the roof plane (25) can have the following values: L 1 is approximately 1/8 of the cone length and L 2 is approximately 1/4 of the cone length, the length of the cone being 480 mm in the foot area and 285 in the roof area mm. If the elevation is conical, the thickness or width is 70 mm in the upper region and 100 mm in the lower region of the cone foot.
  • a bar measuring 1000 x 400 mm is cast with a suitably dimensioned mold.
  • the sprue stone has a conical elevation, the length of which is 870 mm in the lower region (base level) and 620 mm in the upper region.
  • the thickness or width of the conical elevation is 95 mm in the upper area and 200 mm in the foot area.
  • This information relates to the formats of the sprue shown in Figure 2.
  • the angles g and f associated with the lengths L 1 and L 2 are in the range from 30 to 600. If the crease edge is rounded off, the counter-angles must be formed in order to determine the correct position.
  • FIG. 3 shows a further variant of the sprue according to the invention, in which the flattening has an elliptical plan in the longitudinal and transverse directions, with the radii R1, R2, R3 and R4.
  • the radius R1 is approximately 70% of R3
  • a width R4 at the foot end of the elevation R2 is approximately 75% of R4.
  • angles c, d and e are to be chosen in the embodiment according to FIG. 3 so that the ingot has a firm hold on the conical seat of the elevation (6) when shrinking, but easily at the end of the casting process can be removed. If the angle is too steep, for example over 65, the bar slides upwards on the cone and cannot be held firmly. If the angle is too small of less than 25 ° , the ingot clings so tightly to the cone that it can no longer be lifted off the sprue.
  • the elevation with an elliptical plan has the advantage that a larger area can be specified for the optimal angle without the bar foot shrinking too tightly or losing its hold.
  • the side surfaces of the elevation (16) are spherical in FIG.
  • the angle x of the inclined side surfaces (15) increases continuously, so that a bevel (28) is formed.
  • the continuous casting installation with the sprue block shown here has an even more favorable operating behavior in the sprue phase and at the end of the casting.
  • the elevation (33) has side surfaces (34), (35) with a corrugated structure.
  • the corrugations (14) have alternating angles v, w, one of the two angles being smaller and one being larger than the optimal angle. This allows the bar base to shrink on the conical side surfaces and slide upwards at the same time. The ingot thus has a firm hold during casting. After the casting process has ended, the adhesive surface between the ingot and the corrugated side walls (34), (35) is so small that the ingot can be detached from the sprue without great additional effort.
  • this problem is solved by applying coatings or sizes to the surface of the elevation, wherein the coatings or sizes can also be partially applied.
  • the heat transfer from the melt into the elevation can be influenced in such a way that the heat introduced from the elevation is dissipated in a shorter time than would be required for the heating up to the melting point. In the casting phase, in which no edge shell has yet formed on the elevation, this protects the elevation surface from the inflowing melt.
  • the sprue is not machined from a full block, but rather that the bump is made of another metal, preferably a copper alloy, and is inserted into the sprue in a fluid form.
  • the insert (26) can be screwed or shrunk into the base (27) of the sprue (3).
  • the insert part (26) can develop its full cooling effect in the sprue phase, since the elevation made from a copper alloy can be subjected to higher thermal loads than with a sprue block made from an aluminum alloy.
  • the sprue block according to the invention is provided in the trough-shaped recess (5) with an elevation (38) which is provided with a groove (26) in the longitudinal direction on its upper side.
  • the depth of the groove (26) is dimensioned such that the bar foot can slide upwards on the conical part of the elevation without falling out of the groove engagement.
  • the width of the groove is dimensioned such that it can be filled well with the molten metal, so that a solid web is formed on the bar foot, which engages in the groove (26).
  • the ingot is pushed up by the shrinkage on the cone. It can happen that the bar rises differently on the two long sides. This has the consequence that the ingot gets a kink in the foot area.
  • the bar is guided through the groove in such a way that it slides evenly upwards on the cone on both sides and has a firm grip.
  • the groove can also be replaced by one or more bores or by another guide.
  • FIG. 8 several elevations (33), (34) running in parallel are arranged in the longitudinal direction in the depression of the sprue block.
  • the height hs in the present example can be kept smaller, so that the volume enclosed by the border (4) is compared to the previous ones existing examples enlarged.
  • the melt absorption capacity of the sprue according to FIG. 8 is particularly favorable for alloys which are difficult to cast.
  • FIG. 9 shows a sprue block according to the invention with a plurality of cooling water bores (29) in the elevation (6).
  • Water is preferably used as the cooling medium.
  • the cooling medium can also be directed in a targeted manner into the particularly stressed areas of the conical elevation by means of conventional inserts.
  • cooling spirals are shown as inserts.
  • the water inlet is designated by (39) and opens into a water chamber (40) from which the cooling spiral is acted on by the cooling medium.
  • the water outlet is led directly out of the cooling spiral through the wall of the sprue via a line (41).
  • the secondary cooling of the continuous casting system can also be used.
  • the secondary cooling water is collected by means of a collecting device attached to a sprue (3) and discharged into the interior of the sprue via bores (31).
  • the collecting device preferably consists of baffles (30) which are attached directly to the underside of the sprue.
  • the water emerges via a line (42) which is arranged in the central axis (8) below the elevation (6).
  • the secondary water is indicated by arrows (43). Since the cooling is only necessary and sensible when filling the sprue and the mold until the lower edge of the ingot is moved into the area of the secondary cooling, it is sufficient that the cooling water supply is also accomplished solely by the water branched off from the secondary cooling.
  • FIG. 11 shows an elevation part (17) which is continuous in the longitudinal direction from the peripheral edge (4) and has a trapezoidal cross section.
  • the inclined side surfaces (18), (19) give rise to relatively wide grooves b, so that here preferably easily castable alloys such as e.g. Pure aluminum can be used.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of the behavior of the edge shell in the area of the narrow sides of a continuous billet casting plant.
  • the time sequence is indicated by T1-T4, the formation of the curvature in the ingot foot (42) being recognizable.
  • Numeral (1) denotes a hot head with an overhang F.
  • the sprue stone (3) has entered the mold (2) and the filling process begins.
  • T2 the edge shell has developed completely and at T3 the ingot buckles due to the shrinking process. Excretion may occur in the dotted areas.
  • FIG. 13 shows the reduction in the bar foot curvature achieved with an exemplary embodiment of a sprue block according to the invention for a format of 1100 ⁇ 400 mm compared to a conventional sprue block under the same casting conditions.
  • the conventional sprue stone had a depth of 60 mm
  • the sprue stone according to FIG. 1 had a depth of 160 mm and a cone of 100 mm.
  • the warping was recorded during the casting by means of linear displacement sensors, the measuring points were on the middle of the narrow side, the mean value of the values measured on the left and right (or front and rear) is shown.
  • the warpage at the end of the pouring phase was reduced from approx. 33 mm to approx. 18 mm on each side.
  • the sprue with cone primarily reduces the warping speed at the beginning of warping.
  • this speed is approximately 50 mm / min on each side at the level of the casting speed. If the curvature is distributed unevenly on the two narrow sides, this means that one of the narrow sides can move upward into the mold opposite to the casting direction. Hot-head billet ingot molds can then damage the hot-head.
  • the sprue stone with cone reduces the maximum warping speed to less than 20 mm / min. Even with one-sided warping, the resulting warping speed of the other side would remain less than the lowering speed, with less than 40 mm / min.
  • the lower warpage also results in a smaller gap between the mold and the sprue. Water penetrates into this gap, the water evaporates and the ingot can "dance" (bumping) on the sprue.
  • Fig. 12 it is indicated schematically how the edge shell 43 in the area of the narrow sides during the warping process from the tread of the The mold lifts off and creates a gap with greatly reduced heat removal from the edge shell.
  • segregations can occur up to the complete melting of the shell.
  • This gap becomes smaller due to the smaller curvature associated with the sprue stone with cone.
  • the lower warping speed results in a higher absolute lowering speed of the edge shell in this area, the critical area at risk of breakthrough is lowered more quickly from the mold into the area of the secondary cooling. In practice, there is a significantly reduced tendency to form increases and the resulting beards.
  • FIG. 14 shows the results of the attempts to reduce warping when using a sprue with a cone for a format of 600 x 200 mm in comparison with a conventional sprue.
  • a conventional sprue block with different depths between 0 mm and 80 mm and a sprue block according to the invention with cones of 40 mm, 60 mm and 80 mm height at a tub depth of 80 mm and a further sprue block according to the invention with a depth of 60 mm and a cone are compared of 40 mm.
  • the casting conditions were the same in all tests, in particular the same casting speeds and cooling water quantities were used.
  • the conventional sprue block shows that from a tub depth of 20 mm the curvature decreases with increasing tub depth from over 18 mm to values around 12 mm with a tub depth of 80 mm.
  • the cone can be further reduced by the cone.
  • An increasing cone height results in an additional stiffening of the bar base, i.e. in a further reduction in warpage.
  • With a cone of 80 mm the curvature is only 8 to 9 mm. Even in the case of the 60 mm deep sprue stone, the warping by the cone is additionally reduced by approx. 1 to 2 mm.
  • a mere deepening of the trough without a cone leads, as shown in Fig.

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Abstract

Ein üblicher Anfahrkopf für eine Vertikal-Stranggießanlage besteht aus einem eine Kokille im Anfahrzustand nach unten verschließenden Angußstein (3), der aus dem formgebenden Aufsatz (1) eine in vertikaler Richtung auf den Angußstein gerichtete Metallschmelze aufnimmt. Um die Angießsicherheit und die Barrenstandfestigkeit zu vergrößern und um die Ausbildung einer Verwölbung sowie das Auftreten von Fußschrott wesentlich zu reduzieren wird vorgeschlagen, daß der Angußstein (3) aus einem etwa dem Format der Kokille entsprechenden Block besteht, in den eine im wesentlichen wannenförmige Vertiefung (5) eingearbeitet ist, wobei die Vertiefung mit einem umlaufenden Rand (4) abgegrenzt ist und daß in die Vertiefung (5) symmetrisch zu den Mittelachsen (7,8) des Angußsteins mindestens eine Erhebung (6) angeordnet ist, wobei die Seitenwände des umlaufendes Randes (4) und der Erhebung (6) zur Vertiefung (5) hin abgeschrägt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walzbarren-Stranggußanlage, bestehend aus einer Kokille mit einem formgebenden Aufsatz 1 und einem die Kokille 2 im Anfahrzustand nach unten verschließenden Angußstein 3, der die in vertikaler Richtung dem formgebenden Aufsatz 1 austretende Metallschmelze aufnimmt.
  • Vertikal-Stranggießanlagen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus dem Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage, S.22ff bekannt. Die Kokille besteht aus einem niedrigen, wassergekühlten Ring, der vor Gießbeginn durch ein auf dem absenkbaren Gießtisch befestigtes Bodenstück oder einem Angußstein abgeschlossen wird. Mit einsetzender Erstarrung des aus dem Gießofen bei niedriger Temperatur über eine Rinne einfließenden Metalls wird der Tisch abgesenkt und der austretende Block durch gezielte Wasseranspritzung direkt abgekühlt.
  • Wenn die Unterkante des gegossenen Barrens in den Bereich der Sekundärkühlung gelangt, wölbt sich der Barrenfuß mit seinen Ecken nach oben vom Angußstein weg. Das Ausmaß dieser Verwölbung wächst mit dem Seitenverhältnis und mit dem Barrenformat. Bedingt durch die Verwölbung verliert der Barren an Standfestigkeit auf dem Angußstein. In den Spalt zwischen Angußstein und Barren läuft Wasser, verdampft und führt zum "Bumping". In Verbindung mit der geringeren Standfestigkeit kann der Barren wackeln und wird schief. Weiter geht durch den Spalt der Wärmekontakt zwischen dem Angußstein und der Barrenunterseite verloren.
  • Bei ungünstigen Bedingungen kann der Barren auf der Unterseite aufschmelzen oder aufbrechen und Metall kann ausfließen, dies führt zu einer von der Sicherheit her kritischen Gießsituation. Ferner wird durch den Verwölbungsvorgang auf der Barrenschmalseite in der Kokille die dort gebildete Randschale von der kühlenden Kokillenlaufläche abgehoben, das Wachstum der Randschale wird gestört, bei ungünstigen Bedingungen kann die Randschale aufbrechen und aufschmelzen und Schmelze kann nach unten austreten. Dies führt dann einerseits wieder zu einer kritischen Gießsituation, andererseits bilden sich an den Schmalseiten sogenannte Bärte (eng. icicles), die bei der Weiterverarbeitung des Barren stören. Die sogenannte Barrenfußverwölbung bestimmt auch den Fußschrott mit, den Teil, der vor der Weiterverarbeitung des Barren von der Unterseite abgesägt werden muß. Der Verwölbungsvorgang läuft in der Praxis häufig unsymmetrisch ab, dies erhöht den Fußschrott zusätzlich und verstärkt die Tendenz zu den oben genannten Fehlern.
  • Es sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt geworden, mit denen versucht wird, den Spannungsabbau im Barrenfuß beim Angießen zu verringern und damit auch die Barrenfußverwölbung.
  • A.T.Taylor et. al. (Metal Progress, 1957, S. 70/74) haben mit Hilfe von Preßluft den Wirkungsbereich der Sekundärkühlung in der Angießphase verringert und so versucht den Spannungsaufbau bei großen Abmessungen zu reduzieren.
  • N.B.Bryson (Canadian Metallurgical Quarterly, 7 (1968, S.55/59) schlägt eine sogenannte Impulswasserkühlung vor, bei der in der Angießphase der Kühlwasserstrom periodisch unterbrochen wird. Dadurch kann sich die Barrenoberfläche zeitweise wieder aufheizen und Abkühlspannungen werden nicht in so starkem Maßee aufgebaut, die Barrenfußverwölbung wird verringert. Für große Anlagen werden bei diesem Verfahren aufwendige, schnellschaltende Ventile notwendig, um die Kühlwassermengen schnell aus- und einschalten zu können, darüber hinaus können durch das schnelle Schalten starke Druckstöße im Leitungsnetz induziert werden.
  • H.Yu (Light Metals, AIME Proceedings, 1980, S.613/628) versucht den eigentlichen Kühlprozess zu beeinflussen, indem er Gase, vorzugsweise C02, im Wasser löst. Beim Auftreffen auf den heißen Barren soll das Gas eine dünne isolierrende Dampfschicht bilden, die die Kühlung herabsetzt, so den Spannungasufbau reduziert und die Barrenfußverwölbung vermindert. Die Löslichkeit des C02 im Wasser hängt jedoch stark von der Ausgangstemperatur und der Zusammensetzung des Wassers ab. Eine gezielte Einstellung der Kühlwirkung, d.h. eine auf die Wasserqualität abgestimmte Dosierung der C02-Zugabe, ist nur mit aufwendigen Meßverfahren möglich.
  • F.E. Wagstaff (US Patent 4693298) schlägt in ähnlicher Weise vor, das Kühlwasser kurz vor dem Auftreffen auf den Barren noch in der Kokille mit Luft zu mischen. Die Luftbläschen im Wasser sollen in gleicher Weise wirksam werden wie das gelöste C02. Dieses Verfahren ist unter dem Namen TurboCRT (Curl Reduction Tecnology) bekannt. Es unterliegt hinsichtlich der gezielt eingestellten Kühlung in Abhängigkeit von der Wasserqualität ähnlichen Einschränkungen wie das C02-Verfahren. Darüber hinaus ist die gleichmäßige Verteilung der Luft im Wasser problematisch.
  • Alle diese Maßnahmen sind nur mit einem erheblichen technischen Aufwand in der Gießereipraxis anwendbar.
  • Darüberhinaus verursachen sie einen nicht unerheblichen zusätzlichen Wartungsaufwand und zusätzliche Kosten für die Beschaffung von C02 bzw. für die Bereitstellung und den Verbrauch von Energie zur Drucklufterzeugung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Walzbarrenstranggußanlage der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Angießsicherheit und Barrenstandfestigkeit vergrößert und die Ausbildung einer Verwölbung sowie das Auftreten von Fußschrott wesentlich reduziert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Weitere, die Lösung dieser Aufgabe in bevorzugter Weise ergänzende Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch zahlreiche Versuche hat sich gezeigt, daß das Ausmaß der Barrenverwölbung beim Angießen in einer direkten Beziehung zur Verwölbungsgeschwindigkeit beim Beginn der Verwölbung steht. Es ging nicht allein darum, durch Vertiefen des Angußsteins den Wärmeinhalt durch ein vergrößertes Schmelzeangebot im Barrenfuß während der Angießphase zu erhöhen, sondern um eine gezielte Maßnahme zur Spannungsreduzierung beim Abkühlen des Barrenfußes. Es zeigte sich, daß durch eine Erhöhung der Steifigkeit der auf dem Angußstein erstarrten Randschale der Verwölbungsvorgang entscheidend reduziert werden kann. Zur Erzielung wiederholbar guter Ergebnisse kommt es auf die genaue Geometrie des Angußsteins an, insbesondere auf die Beziehungen zwischen dem Ausmaß der Vertiefung und dem Format des Angußsteins.
  • Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Abschrägungen zwischen dem umlaufenden Rand des Angußsteins und den Erhebungen, erstarrt in der Angießphase im Angußstein zunächst eine Art Kasten mit mehreren relativ hohen, steil nach oben stehenden Wänden, die aus mechanischen Gründen eine Versteifung des Barrenfußes bilden. Je größer die HÖhe h der Vertiefung ausgeführt wird, um so größer ist die mechanische Versteifung des Barrenfußes. Dies führt dazu, daß der Barrenfuß sich beim Stranggießen in der Angießphase langsamer verformt und daß die Verwölbung insgesamt geringer ausfällt.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Erhebung mit einem im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt gelingt es dem Barren einerseits einen festen Halt zu geben, so daß er nicht wakkeln kann. Andererseits ist die am Gießende erforderliche Kraft zum Abheben des Barrens vom Angußstein durch die konische Ausbildung der Erhebung im Vergleich zur beim rechteckförmigen Querschnitt der Erhebung aufzuwendenden Kraft deutlich reduziert. Diese beiden Vorteile zusammengenommen ergeben eine deutliche Verbesserung bei der Herstellung von Walzbarren auf der erfindungsgemäßen Stranggußanlage.
  • Durch eine geschickte Gestaltung der Seitenflächen der Erhebung, beispielsweise durch Riffelung oder kontinuierliche Winkeländerung, gelingt es den Wärmefluß von der Schmelze in den Angußstein günstig zu beeinflussen, so daß eine gute Abkühlung des erstarrenden Barren bei hoher Wärmeableitung ermöglicht wird, die Erhebung von innen gekühlt wird oder aus einem Einsatzteil besteht, daß in den Boden des Angußsteins formschlüssig eingesetzt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einsatzteil aus einer Kupferlegierung hergestellt, die besonders günstige Wärmeübertragungseigenschaften aufweist.
  • Falls trotz dieser Maßnahmen wegen der vom Wärmefluß und der Kühlung her betrachtet ungünstigen und von der Wärmebelastung exponierten Lage der Erhebung beim Füllen der Kokille durch den Schmelzezufluß eine Beschädigung droht, ist es zweckmäßig, daß die Erhebung ganz oder teilweise geschlichtet wird. Es ist auch möglich, die zum Schmelzeeinlauf hin gerichtete Oberseite der Erhebung zu verkleinern und mit einem dachartigen Ansatz in die Seitenwände zur Vertiefung zu überführen.
  • Zusätzlich zu einer Innenkühlung kann auch das aus der Kokille abfließende Kühlwasser am Fuß des Angußsteins über Leitbleche gesammelt und in die Kühlbohrungen geleitet werden. Diese Ausführungsform stellt eine besonders einfache und sichere Vorrichtung zum Kühlen des Angußsteines dar.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 Erfindungsgemäßer Angußstein in Draufsicht A und zwei Querschnitten längs B und quer C
    • Fig. 2 Erfindungsgemäßer Angußstein gemäß Fig. 1 mit dachartig abgeschrägter Oberseite
    • Fig. 3 Erfindungsgemäßer Angußstein mit einer Erhebung von elliptischem Grundriß
    • Fig. 4 Erfindungsgemäßer Angußstein gemäß Fig. 3 mit balliger Seitenfläche
    • Fig. 5 Erfindungsgemäßer Angußstein mit geriffelter Seitenfläche
    • Fig. 6 Erfindungsgemäßer Angußstein mit Einsatzteil
    • Fig. 7 Erfindungsgemäßer Angußstein mit nutenförmig ausgebildeter Oberseite der Erhebung
    • Fig. 8 Erfindungsgemäßes Angußteil mit zwei parallel verlaufenden Erhebungen
    • Fig. 9 Erfindungsgemäßes Angußteil mit innengekühlter Erhebung
    • Fig. 10 Erfindungsgemäßes Angußteil mit seitlich angebrachten Leitblechen
    • Fig. 11 Erfindungsgemäßes Angußteil mit von Rand zu Rand durchgehender Erhebung
    • Fig. 12 Schematische Darstellung des Verwölbungsvorganges und Aufbau einer Walzbarrenstranggußanlage
    • Fig. 13 Vergleich der Barrenfußverwölbung Standard/Erfindung
    • Fig. 14 Verwölbung bei unterschiedlichen Wannentiefen Standard/Erfindung
    • Fig. 15 Abweichung der Barrendicke in Abhängigkeit von der Gießlänge Standard/Erfindung
  • In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Angußstein in der Draufsicht gemäß Ansicht A und in zwei Schnitten B, C dargestellt. Der Angußstein (3) weist einen umlaufenden Rand (4) auf, der zur Vertiefung (5) hin abgeschrägt ist. Der Winkel der Abschrägung beträgt C = 0 - 30 und die Höhe des umlaufenden Randes (4) beträgt h = 60 - 220 mm. So beträgt beispielsweise bei einem Barren vom Format 600 x 200 mm die Vertiefung erfindungsgemäß 80 mm während bei einem Barrenformat von 2200 x 600 mm oder 1050 x 600 mm die Vertiefung 140 mm +/- 40mm betragen kann. Die Breite S des umlaufenden Randes beträgt vorzugsweise 5 - 40 mm.
  • Symmetrisch zu den Mittelachsen (7), (8) des erfindungsgemäßen Angußsteins liegt eine Erhebung (6) im Innern der Vertiefung (5). Sie besteht aus einem im Querschnitt gesehen trapezförmigen Konusteil, daß abgeschrägte Seitenflächen (11), (12) und (13) aufweist.
  • Die Neigung der Seitenwandung (11) und (12) liegt zwischen 30 - 60 ° ( Winkel d) während die Neigung der Seitenfläche (13) zwischen 30 - 36 ( ( Winkel e) gemessen zur Senkrechten beträgt.
  • Die Abstände zwischen Rand (4) und Erhebung (6) am Boden der Vertiefung (5) betragen zwischen 0 - 200 mm, wobei der Abstand zur schmalen Seite hin gemessen als a vorzugsweise 100 - 150 mm beträgt und zur Breitseite des Angußsteines hin, gemessen als b vorzugsweise 30 - 100 mm beträgt. Am Boden der Vertiefung (5) befindet sich außerdem ein Ablaufkanal (32) für das sich in der Vertiefung ansammelnde Kühlwasser.
  • Die Höhe H der Erhebung (6) beträgt vorzugsweise etwa die Hälfte bis zwei Drittel der Höhe h der Vertiefung (5). Es ist vorteilhaft, wenn die Kanten der Seitenwände (11), (12) und (13) der Erhebung (6) abgerundet sind. Im Schnitt B und C sind die Rundungsradien mit R angegeben.
  • Abb. 1 zeigt die einfachst mögliche Ausführung der Erfindung. Der Angußstein ist aus Vollmaterial herausgearbeitet. Als Grundform hat er eine wannenförmige Innenkontur, wobei die Wannentiefe h von der Barrenbreite abhängig ist. Üblicherweise besitzt eine solche Wanne einen umlaufenden Rand mit der Breite s, wobei diese Breite auf dem Barrenumfang nicht konstant sein muß. Die Wanne ist nicht vollständig aus dem Vollmaterial herausgearbeitet, in der Wanne bleibt der erfindungsgemäße Konus stehen. Die Form des Konus ist im einfachsten Fall rechteckig. Der Abstand a wird so gewählt, daß zusätzlich Entwässerungsbohrungen zur Verhinderung von Bumping zu den Seiten oder nach unten angebracht werden können. Diese Bohrungen werden zum Gießbeginn in bekannter Weise verschlossen.
  • Die Größe des Konus und der Wanne kann so aneinander abgestimmt werden, daß das Füllvolumen des Steins dem eines herkömmlichen Angußstein entspricht. Dann ist es auch möglich, das Verfahren des Angießens mit einem Angußstein mit Konus mit bereits bekannten Maßnahmen zur Spannungsreduzierung in der Angießphase wie beispielsweise der C02-Technik, der Pulsed-Water-Technik oder der Turbo-Technik zu kombinieren.
  • Nach Fig. 2 ist die Dachebene (25) der Erhebung in Längsrichtung des Angußsteins zu den Schmalseiten hin abgeflacht. Es ergeben sich dabei schräge Dachflächen(23), (24), die besonders vorteilhaft bei einem flachen Metalleinlauf für die Ausbildung einer stabilen Randschicht sorgen. Die Absenkung der Dachebenen (23), (24) zu den Schmalseiten des rechteckförmigen Angußsteins wird gerade so gewählt, daß die auf dem Dach gebildete Randschale bei und nach dem Verwölben des Barrenfußes in der Angießphase nicht direkt angeströmt wird.
  • Zur Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Effekte werden im folgenden zwei Beispiele gegeben. Bei dem ersten Beispiel handelt es sich um einen Barren der Abmessung 600 x 200 mm, so daß die Außenabmessung des Angußsteins ebenfalls die Abmessungen 600 x 200 mm aufweisen. Für diesen Fall kann die Dachfläche (23) der Dachebene (25) folgende Werte aufweisen: L1 beträgt etwa 1/8 der Konuslänge und L2 etwa 1/4 der Konuslänge, wobei die Länge des Konuses im Fußbereich 480 mm und im Dachbereich 285 mm beträgt. Die Dicke oder Breite betragen bei einer konusförmigen Ausbildung der Erhebung im oberen Bereich 70 mm und im unteren Bereich 100 mm des Konusfußes.
  • Im zweiten Beispiel wird ein Barren der Abmessung 1000 x 400 mm mit einer entsprechend bemessenen Kokille gegossen. Der Angußstein weist dabei eine konusförmige Erhebung auf, deren Länge im unteren Bereich (Fußebene) 870mm und im oberen Bereich 620 mm beträgt. Die Dicke bzw. Breite der konusförmigen Erhebung beträgt im oberen Bereich 95 mm und am Fußbereich 200 mm. Diese Angaben beziehen sich auf die in Abbildung 2 dargestellten Formate des Angußsteines. Die zu den Längen L1 und L2 zugehörigen Winkel g und f liegen im Bereich von 30 - 600. Bei einer Abrundung der Knickkante müssen die Gegenwinkel zur Bestimmung der richtigen Lage gebildet werden.
  • In Fig. 3 ist eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Angußsteins dargestellt, bei dem die Abflachung in Längs- und Querrichtung einen ellipsenförmigen Grundriß aufweist, mit den Radien R1, R2, R3 und R4. Sie haben im Beispiel gemäß Fig. 3 folgende Verhältnisse: Bei einem Radius R3 am Fußende der Erhebung beträgt der Radius R1 etwa 70 % von R3 bei einer Breite R4 am Fußende der Erhebung beträgt R2 etwa 75 % von R4.
  • Ähnlich wie in Fig. 1 sind auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die Winkel c, d und e so zu wählen, daß der Barren beim Schrumpfen einen festen Halt auf dem konusartigen Sitz der Erhebung (6) hat, jedoch am Ende des Gießvorganges leicht abgenommen werden kann. Bei einem zu steilen Winkel von beispielsweise über 65 rutscht der Barren auf dem Konus nach oben und findet keinen festen Halt. Bei einem zu kleinen Winkel von weniger als 25 ° verklammert sich der Barren so fest auf dem Konus, daß er nicht mehr vom Angußstein abgehoben werden kann. Die Erhebung mit ellipsenförmigem Grundriß hat den Vorteil, daß für den optimalen Winkel ein größerer Bereich vorgegeben werden kann, ohne daß der Barrenfuß zu fest aufschrumpft oder seinen Halt verliert.
  • Als eine Variante zu Fig. 3 sind in der Figur 4 die Seitenflächen der Erhebung (16) ballig ausgeformt. Vom Boden der Vertiefung (5) ausgesehen steigt der Winkel x der geneigten Seitenflächen (15) kontinuierlich an, so daß sich eine Formschrägung (28) ausbildet. Im Vergleich zu der in Fig. 3 dargestellten Variante besitzt die Stranggußanlage mit dem hier dargestellten Angußstein ein noch günstigeres Betriebsverhalten in der Angußphase und am Gießende.
  • Nach der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Angußsteins besitzt die Erhebung (33) Seitenflächen (34), (35) mit geriffelter Struktur. Die Riffelungen (14) weisen alternierende Winkel v, w auf, wobei einer der beiden Winkel kleiner und einer größer als der optimale Winkel ist. Dadurch kann der Barrenfuß auf den konusförmigen Seitenflächen aufschrumpfen und gleichzeitig nach oben rutschen. Der Barren hat somit währen des Gießens einen festen Halt. Nach Beendigung des Gießvorganges ist die Haftfläche zwischen Barren und geriffelten Seitenwänden (34), (35) so klein, daß der Barren ohne großen zusätzlichen Kraftaufwand vom Angußstein gelöst werden kann.
  • Bei einer ungünstigen Schmelzezufuhr in die Kokille oder beim Gießen von zum Kleben neigenden Legierungen sowie bei zu heißen Schmelzen besteht die Gefahr, daß die Erhebungen angeschmolzen und der Barrenfuß mit den Seitenflächen der Erhebung verschweißt. Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch das Aufbringen von Beschichtungen oder von Schlichten auf die Oberfläche der Erhebung gelöst, wobei die Beschichtungen oder Schlichten auch teilweise aufgetragen werden können. Durch das Beschichten oder das Auftragen von Schlichten kann der Wärmeübergang von der Schmelze in die Erhebung so beeinflußt werden, daß die eingebrachte Wärme aus der Erhebung in einer kürzeren Zeit abgeführt wird als sie für die Aufheizung bis zum Anschmelzen erforderlich sein würde. Dieses bewirkt in der Phase des Angießens, in der sich noch keine Randschale auf der Erhebung ausgebildet hat, einen Schutz der Erhebungs-Oberfläche vor der einfließenden Schmelze.
  • Eine weitere Lösung zur Überwindung des dargestellten Wärmeproblems besteht gemäß Fig. 6 darin, daß der Angußstein nicht aus einem vollen Block herausgearbeitet ist sondern daß die Erhebung aus einem anderen Metall vorzugsweise einer Kupferlegierung gefertigt wird und in den Angußstein formflüssig eingesetzt wird. Zusätzlich kann der Einsatz (26) in den Boden (27) des Angußsteins (3) verschraubt oder eingeschrumpft werden. Bei dieser Lösung kann das Einsatzteil (26) in der Angußphase seine volle Kühlwirkung entfalten, da die Erhebung aus einer Kupferlegierung termisch höher belastet werden kann als bei einem Angußblock aus einer Aluminiumlegierung.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Angußstein in der wannenförmigen Vertiefung (5) mit einer Erhebung (38) versehen, die auf ihrer Oberseite in Längsrichtung mit einer Nut (26) ausgestattet ist. Die Tiefe der Nut (26) ist so bemessen, daß der Barrenfuß auf dem konusförmigen Teil der Erhebung nach oben rutschen kann ohne aus dem Nuteingriff herauszufallen. Die Breite der Nut ist so bemessen, daß sie mit der Metallschmelze gut ausgefüllt werden kann, so daß sich ein fester Steg am Barrenfuß bildet, der in die Nut (26) eingreift.
  • Wenn der Winkel e der Seitenfläche der Erhebung auf der Längsseite größer ist als der optimale Winkel, drückt sich der Barren durch die Schrumpfung auf dem Konus nach oben. Dabei kann es dazu kommen, daß der Barren sich auf den beiden Längsseiten unterschiedlich hebt. Dies hat zur Folge, daß der Barren im Fußbereich einen Knick bekommt. Durch die Nut wird der Barren so geführt, daß er auf beiden Seiten gleichmäßig auf dem Konus nach oben rutscht und einen festen Halt hat. Grundsätzlich kann die Nut auch durch eine oder mehrere Bohrungen oder durch eine andere Führung ersetzt werden.
  • Gemäß Fig. 8 sind mehrere parallel verlaufende Erhebungen (33), (34) in Längsrichtung in der Vertiefung des Angußsteins angeordnet. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten Angußstein mit nur einer Erhebung kann die Höhe hs in dem vorliegenden Beispiel kleiner gehalten werden, so daß sich das durch die Umrandung (4) eingeschlossene Volumen im Vergleich zu den vorangehenden Beispielen vergrößert. Das Schmelzeaufnahmevermögen des Angußsteins gemäß Fig. 8 ist insbesondere für schwer vergießbare Legierungen günstiger.
  • In Fig. 9 ist ein erfindungsgemäßer Angußstein mit mehreren Kühlwasserbohrungen (29) in der Erhebung (6) dargestellt. Als Kühlmedium wird vorzugsweise Wasser verwendet. Das Kühlmedium kann auch mittels üblicher Einsätze gezielt bis in besonders belastete Bereiche der konusförmigen Erhebung gelenkt werden. In Fig. 9 sind als Einsätze Kühlspiralen dargestellt. Der Wasserzulauf ist mit (39) bezeichnet und mündet in eine Wasserkammer (40) von der aus die KÜhlspirale mit dem Kühlmedium beaufschlagt werden. Der Wasserablauf ist über eine Leitung (41) direkt aus der Kühlspirale heraus durch die Wandung des Angußsteines geführt.
  • Falls die Versorgung mit Kühlwasser über die separate Kühlwasserleitung nicht ausreicht, kann zusätzlich auch die Sekundärkühlung der Stranggußanlage genutzt werden. Dabei wird das Sekundärkühlwasser mittels einer Angußstein (3) angebrachten Auffangvorrichtung gesammelt und über Bohrungen (31) in das Innere des Angußsteins abgeleitet. Die Auffangvorrichtung besteht vorzugsweise aus Leitblechen (30), die direkt an der Unterseite des Angußsteins befestigt sind. Der Wasseraustritt erfolgt über eine Leitung (42), die in der Mittelachse (8) unterhalb der Erhebung (6) angeordnet ist. Das Sekundärwasser ist mit Pfeilen (43) angedeutet. Da die Kühlung nur beim Füllen des Angußsteins und der Kokille bis zum Einfahren der Barrenunterkante in den Bereich der Sekundärkühlung erforderlich und sinnvoll ist, reicht es aus, daß die Kühlwasserversorgung auch allein durch das aus der Sekundärkühlung abgezweigte Wasser bewerkstelligt wird.
  • Die Ausführungsform nach Fig. 11 zeigt einen in Längsrichtung vom umlaufenden Rand (4) durchgehenden Erhebungsteil (17), der einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Die geneigten Seitenflächen (18), (19) lassen relativ breite Rinnen b entstehen, so daß hier vorzugsweise leicht vergießbare Legierungen wie z.B. Reinaluminium eingesetzt werden können.
  • Eine schematische Darstellung des Verhaltens der Randschale im Bereich der Schmalseiten einer Walzbarrenstranggußanlage zeigt die Fig. 12. Der zeitliche Ablauf ist mit T1 - T4 angegeben, wobei die Ausbildung der Verwölbung im Barrenfuß (42) erkennbar ist. Mit Ziffer (1) ist ein Heißkopf mit Überhang F bezeichnet. Der Angußstein (3) ist in die Kokille (2) eingefahren und der Einfüllvorgang beginnt. Bei T2 hat sich die Randschale vollständig ausgebildet und bei T3 knickt der Barren durch den Schrumpfungsvorgang ein. In den gepunkteten Bereichen können Ausseigerungen auftreten.
  • Fig. 13 zeigt die mit einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Angußsteins für ein Format von 1100 x 400 mm erzielte Verringerung der Barrenfußverwölbung gegenüber einem herkömmlichen Angußstein bei gleichen Gießbedingungen. Der herkömmliche Angußstein hatte eine Tiefe von 60 mm, der Angußstein gemäß Fig. 1 eine Tiefe von 160 mm und einen Konus von 100 mm. Die Verwölbung wurde während des Angießens mittels linearer Wegaufnehmer erfaßt, die Meßstellen befanden sich auf den Mitten der Schmalseite, dargestellt ist jeweils der Mittelwert der links und rechts (oder vorne und hinten) gemessenen Werte. Die Verwölbung am Ende der Angießphase wurde von ca. 33 mm auf ca. 18 mm auf jeder Seite reduziert. Wie man aus dem Verlauf der Verwölbungsgeschwindigkeit, das ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Schmalseiten vom Angußstein weg hochheben, ablesen kann, wird durch den Angußstein mit Konus vor allem die Verwölbungsgeschwindigkeit bei Beginn der Verwölbung reduziert. Diese Geschwindigkeit liegt bei dem herkömmlichen Angußstein mit ca. 50 mm/min auf jeder Seite in Höhe der Gießgeschwindigkeit. Bei einer ungleichmäßigen Verteilung der Verwölbung auf die beiden Schmalseiten bedeutet dies, daß sich eine der Schmalseiten entgegengesetzt zur Gießrichtung nach oben in die Kokille bewegen kann. Bei Heißkopfwalzbarrenkokillen kann es dann zu einer Beschädigung des Heißkopfs kommem. Durch den Angußstein mit Konus wird die maximale Verwölbungsgeschwindigkeit auf weniger als 20 mm/min reduziert. Selbst bei einer einseitigen Verwölbung bliebe die resultierende Verwölbungsgeschwindigkeit der anderen Seite mit weniger als 40 mm/min kleiner als die Absenkgeschwindigkeit.
  • Die geringere Verwölbung hat auch einen kleineren Spalt zwischen Kokille und Angußstein zur Folge. In diesen Spalt dringt Wasser ein, das Wasser verdampft und der Barren kann auf dem Angußstein zu "tanzen" (bumping) anfangen. Diesem Effekt versucht man durch Drainagebohrungen im Bereich der Schmalseiten in der Wanne zu begegnen. Diese Bohrungen werden bei Gießbeginn mit Stopfen aus Aluminium verschlossen. Die Stopfen werden in die Barrenunterseite mit eingegossen und durch die Verformung des Barrenfußes aus den Bohrungen gezogen. Bevor das in den Spalt eindringende Wasser den Barren zum Bumping bringt, kann es durch dies Bohrungen abfließen. Durch die geringere Verformung bei dem Angußstein mit Konus dringt in den Spalt weniger Wasser ein, deshalb sind weniger Drainagebohrungen notwendig.
  • In Fig. 12 ist schematisch angedeutet, wie sich die Randschale 43 im Bereich der Schmalseiten beim Verwölbungsvorgang von der Lauffläche der Kokille abhebt und einen Spalt mit stark verringertem Wärmeentzug aus der Randschale hervorruft. Als Folge des Wärmestaus können Seigerungen entstehen bis hin zum völligen Aufschmelzen der Schale. Durch die mit dem Angußstein mit Konus verbundene geringere Verwölbung wird dieser Spalt kleiner. Weiter bewirkt die geringere Verwölbungsgeschwindigkeit eine größere absolute Absenkgeschwindigkeit der Randschale in diesem Bereich, der kritische durchbruchgefährdete Bereich wird schneller aus der Kokille bis in den Bereich der Sekundärkühlung abgesenkt. In der Praxis zeigt sich eine deutlich verringerte Neigung zur Bildung von Steigerungen sowie der daraus resultierenden Bärte ergeben.
  • In Fig. 14 sind die Ergebnisse der Versuche zur Verringerung der Verwölbung bei Verwendung eines Angußsteins mit Konus für ein Format von 600 x 200 mm im Vergleich mit einem herkömmlichen Angußstein dargestellt. Verglichen werden ein herkömmlicher Angußstein mit unterschiedlichen Tiefen zwischen 0 mm und 80 mm und ein erfindungsgemäßer Angußstein mit Konussen von 40 mm, 60 mm und 80 mm Höhe bei einer Wannentiefe von 80 mm sowie ein weiterer erfindungsgemäßer Angußstein mit einer Tiefe von 60 mm und einem Konus von 40 mm. Die Angießbedingungen waren in allen Versuchen gleich, insbesondere wurden die selben Gießgeschwindigkeiten und Kühlwassermengen benutzt. Beim herkömmlichen Angußstein zeigt sich, daß ab einer Wannentiefe von 20 mm die Verwölbung mit zunehmender Wannentiefe abnimmt von über 18 mm auf Werte um 12 mm bei einer Wannentiefe von 80 mm. Durch den Konus kann die Verwölbung weiter verringert werden. Eine zunehmende Konushöhe wirkt sich dabei in einer zusätzlichen Versteifung des Barrenfußes, d.h. in einer weiteren Reduzierung der Verwölbung aus. Bei einem Konus von 80 mm beträgt die Verwölbung nur noch 8 bis 9 mm. Auch bei dem 60 mm tiefen Angußstein wird im direkten Vergleich die Verwölbung durch den Konus um ca. 1 bis 2 mm zusätzlich reduziert. Eine bloße Vertiefung der Wanne ohne Konus führt, wie in Abb. 13 gezeigt wird, in der für die oben beschriebenen Versuche mit dem Angußstein von 80 mm Tiefe sowie mit den Angußsteinen mit Konussen die Barrendicke auf den Mitten der Längsseiten in Gießrichtung aufgetragen sind, zu einem ungünstigeren Schrumpfverhalten des Barren im Fußbereich. Bedingt durch die große Wärmemenge bei dem Stein ohne Konus baut sich in der Angießphase ein tieferer Sumpf auf, der zu einem außerordentlich starken Schrumpfen im Anschluß an die Barrenfußverdickung führt.

Claims (31)

1. Walzbarren-Stranggußanlage bestehend aus einer Kokille mit einem formgebenden Aufsatz (1) und einem die Kokille (2) im Anfahrzustand nach unten verschließenden Angußstein (3), der aus dem formgebenden Aufsatz (1) eine in vertikaler Richtung auf den Angußstein gerichtete Metallschmelze aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Angußstein (3) aus einem etwa dem Format der Kokille entsprechenden Block besteht, in den eine im wesentlichen wannenförmige Vertiefung (5) eingearbeitet ist, wobei die Vertiefung mit einem umlaufenden Rand (4) abgegrenzt ist,
daß in die Vertiefung (5) symmetrisch zu den Mittelachsen (7,8) des Angußsteins mindestens eine Erhebung (6) angordnet ist, wobei die Seitenwände des umlaufenden Randes (4) und der Erhebung (6) zur Vertiefung (5) hin abgeschrägt sind.
2. Walzbarren-Stranggußanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschrägung zwischen dem umlaufenden Rand (4) und der Erhebung (6) im Querschnitt gesehen V-förmig verläuft.
3. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verlauf der Schenkel der V-förmig geneigten Seitenfächen unsymmetrisch ausgebildet sind, wobei die Seitenflächen (9, 10) des umlaufenden Randes (4) in einem Winkel c von 0 bis 30 zur Senkrechten geneigt sind, während die Seitenflächen (11, 12) der Erhebung (6) in einem Winkel d von 25 bis 65 zur Senkrechten geneigt sind.
4. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Angußstein (3) und die Erhebung (6) einen in der Draufsicht annähernd rechteckförmigen Grundriß aufweisen, wobei in der Vertiefung (5) zwischen der Wandung (4) und der Erhebung (6) ein zur Aufnahme der Schmelze und Ausbildung einer Randschale ausreichendes Wannenvolumen vorhanden ist.
5. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der annähernd rechteckförmige Grundriß ein Maß aufweist, das der Kontur der Kokille entspricht.
6. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandung des Angußsteins und/oder der Erhebung eine Bombierung auweist, zum Ausgleich der beim Schrumpfen eines rechteckförmigen Barrens auftretenden Querschnittsveränderung.
7. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim rechteckförmigen Querschnitt der Winkel e der Seitenflächen 13 auf den Längsseiten der Erhebung (6) zwischen 30 und 360, gemessen zur Senkrechten, und auf den schmalen Seiten (11,12) zwischen 30 und 60 ° zur Senkrechten beträgt.
8. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem rechteckförmigen Querschnitt der Abstand A zwischen den Seitenwänden des Randes (4) und der Erhebung (6) am Boden der Vertiefung (5) an der Schmalseite 100 mm bis 150 mm und der Abstand B an der Längsseite zwischen 30 mm und 100 mm beträgt.
9. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest ein Paar sich gegenüberliegender Seitenflächen der Erhebung (6) stufenförmige Riffelungen (14) aufweisen.
10. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die stufenförmig ausgebildeten Riffelungen (14) der Erhebung (6) alternierende Winkel v, w aufweisen.
11. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel x der Seitenfächen (15) der Erhebung (16) zur Senkrechten gemessen vom Boden der Vertiefung (5) ausgehend kontinuierlich ansteigt.
12. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenflächen (18, 19) der Erhebung (17) in Längsrichtung ununterbrochen bis an den Rand der Schmalseiten (20, 21) des Angußsteins verlaufen.
13. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der obere Rand (4) eine Breite zwischen 5 mm und 40 mm aufweist.
14. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe H der Erhebung (6, 16, 17) im Querschnitt gesehen zwischen 40 % und 100 % der Höhe h des Randes (4) beträgt.
15. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis zwischen der Höhe h des Randes (4) und der größten Weite der Vertiefung (5) in Längsrichtung zwischen 1:2 bis 1:3 beträgt.
16. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die der Metalleinlauf (22) zugewandte Oberseite (25) der Erhebung (6, 16, 17) von der Mitte ausgehend zu den Seiten hin abgeflacht ist.
17. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mittenbereich der Erhebung (6, 16, 17) auf der Oberseite eben ist und zu der Vertiefung (5) hin über schräge Dachebenen abfällt.
18. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberseite (25) der Erhebung (6, 16, 17) mehrere Bohrungen oder Nuten (26) zur Ausbildung einer formschlüssigen Verbindung mit der erstarrten Metallschmelze aufweist.
19. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebung (6, 16 ,17) und die Oberseite (25) in der Draufsicht einen ellipsenförmigen Grundriß (27) aufweisen.
20. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die umlaufende Seitenfläche (15) der Erhebung (16) nach außen gewölbt bzw. ballig geformt ist und eine Formschräge (28) aufweist.
21. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebung (6, 16, 17) als Einsatzteil (26) ausgebildet ist, das aus einem im Vergleich zum Material des Angußsteins wärmeleitfähigeren und hochtemperaturfesteren Material besteht und in den Boden (27) des Angußsteins (3) formschlüssig eingesetzt ist.
22. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Einsatzteil (26) aus einer Kupferlegierung besteht.
23. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebung (6, 16, 17) zumindest an der Dachfläche oberflächenbeschichtet ist.
24. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebung (6, 16, 17) ganz oder teilweise geschlichtet ist.
25. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Übergang von der Bodenebene der Vertiefung (5) zur Seitenwand der Erhebung (6) abgerundet ist und einen Rundungsradius kleiner als 5 mm aufweist.
26. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erhebung (6, 16, 17, 26) mindestens eine Kühlwasserbohrung (29) aufweist.
27. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Angußstein (3) seitliche Leitbleche (30) zum Auffangen des aus der Kokille (2) abfließenden Kühlwassers aufweist, und daß das am Fuß der Leitbleche (30) angesammelte Kühlwasser in die Kühlbohrungen (31) geleitet wird.
28. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Boden der Vertiefung (5) Drainagebohrungen (32) angeordnet sind.
29. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei parallel und in Längsrichtung des Angußsteins (3) verlaufende Erhebungen (33, 34) vorhanden sind, die einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Abstand C zwischen den parallel verlaufenden Erhebungen größer ist als der Abstand D, E zum Rand (4) des Angußsteins (3), und
daß die Drainagebohrungen (32, 35) in der Vertiefung (36, 37) zwischen den parallelen Erhebungen angeordnet sind.
30. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der formgebende Aufsatz (1) aus einem Heißkopfeinsatz besteht, der mit einem Überhang F in den Kokillenraum hineinragt.
31. Walzbarren-Stranggußanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als formgebender Aufsatz (1) eine "Luft"-Kokille oder eine elektromagnetische Kokille verwendet wird.
EP94101178A 1993-03-05 1994-01-27 Walzbarren-Stranggussanlage Expired - Lifetime EP0615802B1 (de)

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